Mögliche Anforderungen für die 7. bis 10. Klasse (für Wiederholungen in 11)

Jeder kann einen Beitrag zur Energieeffizienz (zur Energieeinsparung) leisten. Analyse kann hier unter anderem bedeuten:

• Ermittelt die Stand-by-Leistungen eurer HiFi- und Computergeräte, die täglichen Stand-by-Zeiten in Stunden, die Anzahl der Bereitschaftstage im Jahr.
• Mittelt die gemessenen oder festgestellten Werte in eurer Kleingruppe und schätzt die Werte für einen deutschen Haushalt.
• Berechnet den jährlichen Energieumsatz und auch die jährlichen Energiekosten eurer Stand-by-Bereitschaften.
• Prognostiziert/extrapoliert und diskutiert in eurer Kleingruppe den jährlichen Energieumsatz und auch die jährlichen Energiekosten von Stand by Bereitschaften in Deutschland und in Europa. Was ist der Unterschied zwischen einer Extrapolation und einer Prognose?
• Diskutiert in eurer Kleingruppe, ob dies ein wesentlicher Beitrag zur weltweit notwendigen Energieeinsparung sein kann.
• Diskutiert miteinander, wie groß die Unsicherheit einer Prognose in 10, 20, 30, ... Jahren sein wird. Dazu braucht ihr die Terme, die die Entwicklung beschreiben, müsst aber Szenarien entwickeln.
• Verschriftlicht eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

• Kalkuliert nach welcher Brennzeit eine teure Energiesparlampe kostengünstiger ist als eine billige Glühlampe. Informiert euch zu diesem Zweck auch über die Energiekosten sowie über die Brenndauer von Energiesparlampen und Glühlampen.
• Prognostiziert/extrapoliert und diskutiert in eurer Kleingruppe eine mögliche Energieeinsparung (a) in Deutschland und (b) in Europa, unter der Annahme, dass alle Haushalte die Glühbirnen in ihren Häusern durch Energiesparlampen ersetzen. Was ist der Unterschied zwischen einer Extrapolation und einer Prognose?
• Diskutiert in eurer Kleingruppe, ob dies ein wesentlicher Beitrag zur weltweit notwendigen Energieeinsparung sein kann.
• Verschriftlicht eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

• Vielleicht habt ihr eigene, weitere Ideen für Analysen und Hochrechnungen zur Energieeinsparung (etwa zur Stadtbeleuchtung oder Häusersanierung oder Wärmepumpen...). Führt diese Analysen und Hochrechnungen durch.
• Diskutiert in eurer Kleingruppe die Aussage: "Energieeffizienz ist die ergiebigste heimische Energiequelle".
• Verschriftlicht eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

Seht euch in diesem Zusammenhang auch die Analysen in den realen Problemen "Klimawandel" und "Energiehunger" an. Sie betreffen vor allem auch eine andere Art der industriellen Energie"gewinnung".

Mögliche Anforderungen für die 10. bis 12. Klasse

• Macht euch zunächst vertraut mit einem Abkühlmodell (Abnahme der Temperatur im Innenraum in Abhängigkeit von der Zeit), um Erfahrungen in der dynamischen - also zeitabhängigen - Modellbildung zu gewinnen.
• Beschreibt sodann für ein Aufheizmodell ein Flussdiagramm, das schließlich die Verhältnisse so zeigt, wie sie in der Versuchsreihe beschrieben sind.
• Erstellt die Zustands- und Modellgleichung.
• Programmiert das Aufheizmodell in Excel.
• Simuliert das Modell.
• Beschreibt das Verhalten, den Zweck und die Grenzen des Modells. Besprecht miteinander, was euch bereits dieses einfache Aufheizmodell sagt, wenn ihr mit verschiedenen Anfangsgrößen und Materialeigenschaften "spielt".
• Verschriftlich eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

Wählt bei den folgenden Modellierungen für den Glaspalast eine einfache Form für die Außenhaut z.B. einen Kubus.

• Nehmt für die Aufheizung eines Glaspalastes an, dass die Außenhaut nur aus normalem Glas besteht und bei der Aufheizung des Innenraumes nur mit einer Wärmeübertragung von Außen nach Innen zu rechnen ist.
• Modelliert, programmiert und simuliert nun für diesen so gewählten Glaspalast ein Aufheizmodell (Zunahme der Wärme im Innenraum in Abhängigkeit von der Zeit).
• Modelliert, programmiert und simuliert den Prozess der Aufheizung, wenn die Außenhaut aus Wärmeschutzglas besteht.
• Verschriftlich eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

• Modelliert den Aufheizprozess des Glaspalastes durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung, wenn die Außenhaut aus photochromen Glas besteht.
• Trefft Annahmen über die "Menge" der reflektierten Wärme.
• Nehmt für die Abdunkelung und Aufhellung des photochromen Glases bei Lichteinstrahlung ggf. eine Tabellenfunktion zu Hilfe.
• Verschriftlicht eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

Im Winter wird sich auch in unserer Region ein Glaspalast abkühlen. Bleibt bei der folgenden Modellierung aber bei derselben Form des Glaspalastes wie oben, denn dann sind Vergleiche einfacher.

• Modelliert und simuliert nun den Abkühlprozess des Glaspalastes (a) bei normalem Glas, (b) bei Wärmeschutzglas und (c) bei photochromen Glas. Zeichnet zunächst ein Wirkungsdiagramm und dann ein Flussdiagramm.
• Nehmt nun an, dass die Oberfläche des Glaspalastes zur Hälfte aus ökologischen Baustoffen besteht und simuliert erneut den Abkühlprozess.
• Diskutiert miteinander, wie sich die Einstrahlung der Wärme im heißen Sommer verringern lässt und wie sich die Wärmeleitung im Winter nach draußen verringern lässt.
• Verschriftlicht eure Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.

Nicht nur in Dubai werden riesige Glaspaläste gebaut. Auch bei uns nimmt der Baustoff Glas zu. Diskutiert miteinander:

• Was sagen euch die vorstehenden Modellergebnisse über den Baustoff Glas?
• Schätzt einmal den zusätzlich aus Öl produzierten Energieumsatz zur Abkühlung der Glaspaläste in Dubai.
• Welche Bedeutung haben also die Modellierungen für euer Denken und Handeln?
• Wo liegen aber die Grenzen der durch Modellierung gewonnenen Erkenntnisse?
• Verschriftlicht eure Diskussions-Ergebnisse und erstellt eine Präsentation.